DE102019130828A1

DE102019130828A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Geräuschreduzierung für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät sowie Fluggerät

Info

Publication number: DE102019130828A1
Application number: DE102019130828.3A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schäferlein
Original assignee: Volocopter GmbH
Current assignee: Volocopter GmbH
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geräuschreduzierung für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät (1) mit einer Mehrzahl an Rotoren (2a), welche an einer Tragstruktur (3) des Fluggerätes (1) angeordnet sind, umfassend zumindest ein Mikrofon (4), welches an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen (3a) der Tragstruktur (3) des Fluggeräts (1) angeordnet ist und im Wesentlichen in Richtung der Rotoren (2a) gewandt ist und ausgebildet ist, Störschallwellen zu detektieren, zumindest einen Schallerzeuger, welcher an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen (3a) der Tragstruktur (3) des Fluggeräts (1) angeordnet ist und ausgebildet ist, Antischallwellen zumindest in Richtung des Erdbodens abzugeben, sowie zumindest eine Steuereinheit zur Steuerung des Schallerzeugers derart, dass die Antischallwellen eine einstellbare Amplitude A und eine einstellbare Frequenz α aufweisen. Wesentlich ist, dass die Steuereinheit als Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildet ist, und ausgebildet ist, dass auf der Grundlage von Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons (4) detektierten Störschallwellen eine Steuerung und/oder Regelung der Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen erfolgt, sodass die Antischallwellen eine Phasenverschiebung von ungefähr 180° und eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen zur Erzeugung destruktiver Frequenz aufweisen, wobei eine Kontrolleinheit zur Prüfung der Steuerung und/oder Regelung vorgesehen ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Geräuschreduzierung für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät (1) sowie ein Fluggerät (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geräuschreduzierung für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Geräuschreduzierung für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 sowie ein Fluggerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Senkrecht startende und landende Fluggeräte, auch bekannt als VTOL (Vertical Take-off and Landing) werden sowohl zum Transport von Personen, autonom oder gesteuert von einem mitfliegenden Piloten, als auch zum Transport von Lasten, ferngesteuert oder autonom, eingesetzt.
Dabei sind senkrecht startende und landende Fluggeräte mit mehreren Rotoren bekannt, insbesondere aus der DE 10 2012 202698 A1 . Die Verwendung einer Mehrzahl von Rotoren ermöglicht das senkrechte Starten und Landen des Fluggeräts und damit das Starten und Landen auf beschränktem Raum und/oder in schwer zugänglichem Gebiet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Flugzeugen sind das Starten und Landen unmittelbar in bewohntem Gebiet, insbesondere in städtischen Ballungsräumen, möglich.
Der durch die Fluggeräte verursachte Lärm entsteht beim Starten und Landen somit unmittelbar in der Umgebung von Menschen, insbesondere auch in bewohnter Umgebung, sodass eine Geräuschminimierung, genauer eine Minderung der am Boden ankommenden Geräusche, von großem Interesse ist.
Zwar werden senkrecht startende und landende Fluggeräte üblicherweise mit Elektromotoren angetrieben, die eine geringere Geräuschemission als Kolbenmotoren aufweisen. Ein Großteil der Geräuschbelastung entsteht jedoch durch die Rotoren. Bei sich drehenden Rotoren überstreichen die Rotorblätter Strukturteile einer Tragstruktur des Fluggeräts. Beim Überstreichen eines Strukturteils durch das Rotorblatt entstehen durch Druckunterschiede Schallwellen, welche sich als Geräuschemissionen im Raum ausbreiten und insbesondere am Boden als störender Lärm wahrgenommen werden können. Dieser Lärm ist im Betrieb des Fluggeräts unerwünscht und wird daher im Folgenden als Störschallwellen bezeichnet
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mit einem Mikrofon Hintergrundgeräusche zu detektieren, um diese Hintergrundgeräusche herauszufiltern. In der WO 2016/029469 A1 ist beispielsweise eine Drohne beschrieben, welche Audioaufnahmen der Umgebung macht. Um Hintergrundgeräusche aus dem Audiosignal herauszufiltern, welches von einem Ziel am Boden ausgeht, wird mit einem Mikrofon das Hintergrundgeräusch der Drohne detektiert. Im Anschluss erfolgt eine entsprechende Verarbeitung des eigentlichen Audiosignals, bei der die Hintergrundgeräusche der Drohne eliminiert oder reduziert sind.
Nachteilig ist hier, dass die am Boden ankommenden Geräuschemissionen durch die Drohne nicht gezielt reduziert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, um die Lärmbelastung der Umgebung durch das Fluggerät und insbesondere die am Boden ankommenden Geräuschemissionen durch das Fluggerät zu reduzieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 6. Weiter gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems finden sich in den Ansprüchen 8 bis 11. Auch das erfindungsgemäße Fluggerät gemäß Anspruch 12 löst die erfindungsgemäße Aufgabe. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fluggeräts finden sich in den Ansprüchen 13 bis 18. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden diese Ansprüche hiermit explizit per Referenz in die Beschreibung aufgenommen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Geräuschreduzierung für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät umfasst, wie an sich bekannt, zumindest ein Mikrofon. Das Mikrofon ist an oder in einem geringen Abstand zu Strukturteilen einer Tragstruktur des Fluggeräts angeordnet. An der Tragstruktur des Fluggeräts sind unter anderem die Rotoren des Fluggeräts angeordnet. Im Betrieb überstreichen die Rotoren Strukturteile der Tragstruktur des Fluggeräts, wobei wie beschrieben Störschallwellen entstehen. Das Mikrofon ist im Wesentlichen in Richtung der Rotoren gewandt und ausgebildet, um diese Störschallwellen zu detektieren. Die Vorrichtung umfasst weiter zumindest einen Schallerzeuger, welcher an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen der Tragstruktur des Fluggeräts angeordnet ist und ausgebildet ist, Antischallwellen zumindest in Richtung des Erdbodens abzugeben. Weiter vorgesehen ist zumindest eine Steuereinheit zur Steuerung des Schallerzeugers derart, dass die Antischallwellen eine einstellbare Amplitude A und eine einstellbare Frequenz α aufweisen.
Wesentlich ist, dass die Steuereinheit als Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildet ist, und ausgebildet ist, dass auf der Grundlage von Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen eine Steuerung und/oder Regelung der Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen erfolgt, sodass die Antischallwellen eine Phasenverschiebung von ungefähr 180° und eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen aufweisen, wobei eine Kontrolleinheit zur Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung vorgesehen ist.
Durch die Phasenverschiebung der Antischallwellen von ungefähr 180° gegenüber den Störschallwellen wird destruktive Interferenz erzeugt. Da sich Amplitude und Gegenamplitude somit im besten Fall aufheben, werden die durch die Störschallwellen entstehenden Geräusche minimiert.
Die Erfindung ist in der Erkenntnis der Anmelderin begründet, dass eine Kombination aus einer aktiven Steuerung und/oder Regelung, auf der Basis der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen, und einer Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung mittels einer Kontrolleinheit, erheblich zur Verbesserung der Geräuschreduzierung beiträgt. Durch die Überprüfung kann die Genauigkeit der angestrebten Phasenverschiebung erhöht werden. Dies ist insbesondere von großer Bedeutung für die optimale Geräuschreduzierung, da eine fehlerhafte Phasenverschiebung nicht nur zu einer geringeren Geräuschreduzierung führt, sondern vielmehr den gegenteiligen Effekt, nämlich eine Verstärkung der Störgeräusche, erzeugt: Eine Phasenverschiebung zwischen 120 ° und 240 ° führt zu einer Geräuschreduzierung, eine Phasenverschiebung von 240° bis 360° sowie 0° bis 120 ° zu einer Verstärkung der Störgeräusche.
Die vorteilhaften Effekte der Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung mittels einer Kontrolleinheit ergeben sich ebenfalls für die Einstellung der Amplitude der Antischallwellen. Eine Auslöschung der Störschallwellen wird erreicht, wenn die Antischallwellen eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen aufweisen, d. h. Amplitude und Gegenamplitude vom Betrag her gleich sind, aber eine Phasenverschiebung von 180° aufweisen. Weicht die Gegenamplitude betragsmäßig von der Amplitude der Störschallwellen ab, führt dies zu einer geringeren Geräuschreduzierung und isoliert betrachtet ab einer betragsmäßigen Verdoppelung zu einer Verstärkung der Störgeräusche.
Ohne eine Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung kann es aufgrund der beiden oben beschriebenen Effekte, die selbstverständlich auch kombiniert auftreten können, im nachteiligsten Fall nicht nur zu einer Verschlechterung der Geräuschreduzierung, sondern zu einer Verstärkung der Störgeräusche führen. Durch die Überprüfung mittels der Kontrolleinheit ist sowohl eine Anpassung der Steuerung und/oder Regelung als auch eine Abschaltung der Geräuschreduzierung möglich, um eine Verstärkung der Störgeräusche zu vermeiden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Kontrolleinheit ausgebildet, dass ein Abgleich der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen mit Vergleichsdaten für Amplitude und/oder der Frequenz der Störschallwellen der Rotoren erfolgt. Dies wird im Folgenden auch als passive Regelung bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Vergleichsdaten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen für die passive Regelung in Abhängigkeit von Rotordrehzahl und/oder Phasenwinkel und/oder Einbau-Winkel der Rotoren berechnet.
Die Mehrzahl an Rotoren des senkrecht startenden und landenden Fluggeräts ist üblicherweise an einer Tragstruktur des Fluggeräts angeordnet. Dabei ist die Tragstruktur aus mehreren Strukturteilen aufgebaut. Die Rotoren sind üblicherweise mit einem definierten Einbau-Winkel fest an einem oder mehreren Strukturteilen angebracht. Die sich drehenden Rotorblätter der Rotoren überstreichen die Strukturteile abhängig von der Drehzahl, insbesondere der Motordrehzahl. Beim Überstreichen eines Rotorblatts über ein solches Strukturteil entstehen durch Druckunterschiede die Störschallwellen, welche sich als Geräuschemissionen im Raum ausbreiten.
Vorzugsweise wird die Frequenz und die Amplitude der dabei entstehenden Störschallwelle in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem Phasenwinkel φ des Rotors berechnet werden. Es ergibt sich abhängig vom Typ des Fluggeräts ein Zusammenhang: $[A, α] = f (ω, φ)$
A ist die Amplitude, α die Frequenz der Störschallwellen, ω die Rotordrehzahl und φ der Phasenwinkel des Rotorblatts.
Durch die Rotordrehzahl ist die aktuelle Drehgeschwindigkeit des Rotors bekannt. Die Schubkraft lässt sich auf Grundlage der Rotorcharakteristik anhand des Zusammenhangs $F_{S c h u b} = f (ω, (ρ_{L u f t}))$
bestimmen, wobei p_Luft die Dichte der Luft ist.
Daraus lässt sich die benötigte einzusteuernde Amplitude der Antischallwellenabschätzen.
Bei VTOL ist die Abhängigkeit von der Rotordrehzahl und dem Phasenwinkel des zugeordneten Rotors entscheidend. Im Gegensatz zu anderen bekannten Fluggeräten drehen sich die Rotoren eines VTOL üblicherweise unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und senden so Störschallwellen mit unterschiedlichen Frequenz- und Amplitudenspektren aus.
Weiter ist mit der aktuellen Phasenlage des Rotors die relative Position des Rotorblatts gegenüber den Strukturteilen der Tragstruktur des Fluggeräts, und vorzugsweise damit gegenüber den an der Tragstruktur angebrachten Lautsprechern, bekannt. Dadurch kann die Direktivität (Richtung) des von dem Rotorblatt ausgesendeten Lärms abgeschätzt werden und vorzugsweise die aktuelle Autorität der Lautsprecher zur Geräuschreduzierung entsprechend angepasst werden, dass sich Antischallwellen und Störschallwellen überlagern.
Alternativ werden die Vergleichsdaten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen auf der Basis von Experimentaldaten bestimmt. Diese Experimentaldaten können beispielsweise für verschiedene Typen von Fluggeräten oder Rotoren im Labor aufgezeichnet und ausgewertet werden. Aus einem solchen Datensatz werden in Abhängigkeit vom Typ des Fluggeräts, Motor, Rotorabmessungen und ähnlichen Parametern die Vergleichsdaten zur Verfügung gestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung als Kontrolleinheit zumindest ein Zielwert-Mikrofon zur Zielwerterfassung für eine adaptive Regelung auf. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das zumindest eine Zielwert-Mikrofon ein zusätzlicher Bestandteil der Kontrolleinheit zusätzlich zu der passiven Regelung ist.
Mit dem Zielwert-Mikrofon kann das Ergebnis der Geräuschreduzierung gemessen werden. Auf der Grundlage dieser Messung erfolgt eine adaptive Regelung derart, dass die aktive Regelung, auf der Basis der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen weiter angepasst wird (Closed-Loop-Regelung).
Vorzugsweise ist das zumindest eine Zielwert-Mikrofon zur Zielwerterfassung mit einem möglichst großen Abstand in Bezug auf zu reduzierende Quellen von Störschallwellen angeordnet. Höchstvorzugsweise ist das zumindest eine Zielwert-Mikrofon an einem Landewerk des Fluggeräts, beispielsweise den Landekufen, angeordnet. Zur Verbesserung der Genauigkeit können mehrere Zielwert-Mikrofone vorgesehen sein, die vorzugsweise verteilt am Landewerk des Fluggeräts angeordnet sind.
Bevorzugt ist für die adaptive Regelung das zumindest eine Zielwert-Mikrofon an einer möglichst exponierten Stelle unterhalb der Schallerzeuger, z. B. am Landewerk, vorgesehen. Mit diesem Zielwert-Mikrofon wird detektiert, wieviel von den Störschallwellen sich noch in Richtung Erdboden ausbreitet, d. h. es wird das Ergebnis der Geräuschreduzierung gemessen. Auf der Grundlage dieser Messung erfolgt die Regelung von Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen um eine weitestgehende Geräuschreduzierung, d. h. destruktive Interferenz von Störschallwellen und Antischallwellen zu erreichen.
Dazu wird vorzugsweise die oben beschriebene Funktion f(A, α) mit einer Closed-Loop-Regelung kontinuierlich, vorzugsweise permanent, optimiert.
Durch die Anordnung des Zielwert-Mikrofons mit einem möglichst großen Abstand zu den Schallerzeugern ergibt sich der Vorteil, dass das Ergebnis der Geräuschreduzierung effizient und zuverlässig mit einem Mikrofon überprüft werden kann.
Die Schallwellen des zumindest einen Schallerzeugers weisen vorzugsweise beiderseitig einen Abstrahlbereich von zumindest 45° zu der Normalen des Fluggeräts auf. Die Normale des Fluggeräts ist hierbei vorzugsweise als die Senkrechte bei auf dem Erdboden stehenden Fluggerät zu verstehen.
Der übliche Ruhe-Schwebezustand eines senkrecht startenden und landenden Fluggeräts ist waagerecht im Raum. Bei diesem Ruhe-Schwebezustand befindet sich eine durch die im Wesentlichen flächig angeordneten Rotoren definierte Fläche waagerecht im Raum, d.h. etwa parallel zum Erdboden. Die Normale des Fluggeräts ist im Rahmen dieser Beschreibung als Senkrechte auf die Rotorebene im Ruhe-Schwebezustand definiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Mehrzahl an Schallerzeugern auf. Insbesondere bevorzugt weist die Vorrichtung eine Mehrzahl an Gruppen von jeweils drei Schallerzeugern auf. Die Gruppen von drei Schallerzeugern sind jeweils vorzugsweise derart angeordnet, dass ein mittiger Schallerzeuger an dem Strukturteil mit einer Hauptabstrahlungsrichtung parallel zu der Normalen des Fluggeräts angeordnet ist und ein linker Schallerzeuger eine Hauptabstrahlungsrichtung von -45° zu der Normalen des Fluggeräts aufweist und ein rechter Schallerzeuger eine Hauptabstrahlungsrichtung von +45° zu der Normalen des Fluggeräts aufweist.
Durch die beschriebene Anordnung der Gruppen von Schallerzeugern ist ein weiträumiger Bereich, insbesondere in Richtung des Erdbodens, abgedeckt, der eine flächendeckende Geräuschminimierung garantiert.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Schallerzeuger als Lautsprecher, piezoelektrischer Aktuator und/oder Plasmaentlader ausgebildet. Dabei liegt es ebenso im Rahmen der Erfindung, bei mehreren Schallerzeugern Schallerzeuger verschiedener Ausgestaltungen der genannten Typen zu kombinieren.
Die Mikrofone sind vorzugsweise auf der Oberseite der Strukturteile der Tragstruktur, d.h. auf der den Rotoren zugewandten Seite, angeordnet. Dadurch werden Wechselwirkung zwischen Mikrofon und Schallerzeuger vermieden und die Störschallwellen möglichst direkt erfasst. Vorzugsweise sind die Mikrofone nahe an der Rotorebene angeordnet. Vorzugsweise ist der Abstand der einzelnen Mikrofone zur Rotorebene kleiner als das Dreifache der minimalen Wellenlänge der zu reduzierenden Störschallwellen, bevorzugt kleiner als die minimale Wellenlänge der zu reduzierenden Störschallwellen.
Bevorzugt sind entlang der Längsachse der Trägerstruktur zumindest 2 Mikrofone pro Rotor, bevorzugt 6 Mikrofone pro Rotor, vorzugsweise zumindest 12 Mikrofone pro Rotor, vorgesehen.
Wie bereits beschrieben, drehen sich die Rotoren eines VTOL üblicherweise unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und senden so Störschallwellen mit unterschiedlichen Frequenz- und Amplitudenspektren aus. Daher ist eine Anordnung von mehreren Mikrofonen und Schallerzeugern pro Rotor vorteilhaft um eine genaue Messung und Auslöschung der Störschallwellen jedes einzelnen Rotors zu erreichen.
Die vorliegende Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Geräuschreduzierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Wie an sich bekannt, umfasst ein solches Verfahren zur Geräuschreduzierung folgende Verfahrensschritte:

A Messen der Frequenz und Amplitude der durch die Rotoren erzeugten Störschallwellen durch zumindest ein Mikrofon, welches im Wesentlichen in Richtung der Rotoren gewandt ist,
B Aussenden von Antischallwellen durch einen Schallerzeuger zumindest in Richtung des Erdbodens.

Wesentlich ist, dass in Verfahrensschritt B auf der Grundlage von Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwelle eine Steuerung und/oder Regelung der Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen erfolgt, sodass die Antischallwellen eine Phasenverschiebung von ungefähr 180° und eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen zur Erzeugung destruktiver Frequenz aufweisen, wobei mittels einer Kontrolleinheit eine Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist ebenfalls die vorgenannten Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. der bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf.
Durch die Redundanz in der Steuerung anhand der gemessenen Daten der Störschallwellen sowie der berechneten Daten der Störschallwellen wird sowohl die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert als auch die Plausibilität der Steuerung der Phasenverschiebung überprüft. Die Kombination aus einer aktiven Steuerung und/oder Regelung auf der Basis der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen und einer Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung mittels einer Kontrolleinheit trägt erheblich zur Verbesserung der Geräuschreduzierung bei: Durch die Überprüfung kann die Genauigkeit der angestrebten Phasenverschiebung erhöht werden.
Dies ist insbesondere von großer Bedeutung für die optimale Geräuschreduzierung, da eine fehlerhafte Phasenverschiebung nicht nur zu einer geringeren Geräuschreduzierung führt, sondern vielmehr den gegenteiligen Effekt, nämlich eine Verstärkung der Störgeräusche, erzeugt: Eine Phasenverschiebung zwischen 120 ° und 240 ° führt zu einer Geräuschreduzierung, eine Phasenverschiebung von 240° bis 360° sowie 0° bis 120 ° zu einer Verstärkung der Störgeräusche.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Überprüfung durch die Kontrolleinheit anhand eines Abgleichs der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen mit Vergleichsdaten für Amplitude und/oder der Frequenz der Störschallwellen der Rotoren.
Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung der Vergleichsdaten der Werte für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen auf der Basis von Experimentaldaten. Dabei werden vorzugsweise Experimentaldaten für verschiedene Konfigurationen, beispielsweise in Bezug auf Drehzahl und Drehzahländerungen oder Rotoreinstellungen wie Blattverstellung erhoben. Diese Experimentaldaten können beispielsweise für verschiedene Typen von Fluggeräten oder Rotoren im Labor aufgezeichnet und ausgewertet werden. Aus einem solchen Datensatz werden in Abhängigkeit vom Typ des Fluggeräts, Motor, Rotorabmessungen und ähnlichen Parametern die Vergleichsdaten zur Verfügung gestellt.
Wie bereits zu der Vorrichtung ausgeführt, werden die Vergleichsdaten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen alternativ vorzugsweise in Abhängigkeit von Rotordrehzahl und/oder Phasenwinkel und/oder Einbau-Winkel der Rotoren berechnet.
Bei den beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erfolgt ein Abgleich der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen mit den berechneten bzw. hinterlegten Werten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen. Diese berechneten Werte können wie oben beschrieben auf der Basis von Experimentaldaten beispielsweise für bestimmte Typen von Fluggeräten und/oder Rotoren berechnet werden. Ergibt der Vergleich zwischen den mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Daten der Störschallwellen und den berechneten Vergleichsdaten für die Frequenz der Störschallwellen eine Abweichung, die zu einer verstärkenden Phasenverschiebung, d. h. im Bereich von 240° bis 360° sowie 0° bis 120°, oder einer verstärkenden Amplitudenabweichung führt, wird vorzugsweise das Aussenden der Antischallwellen durch die Schallerzeuger abgeschaltet, um eine Verstärkung der Geräuschemissionen durch sich verstärkende Interferenz (additive Überlagerung) der Störschallwellen und der Antischallwellen zu verhindern. Dies ist insbesondere von großer Bedeutung für die optimale Geräuschreduzierung, da eine fehlerhafte Phasenverschiebung nicht nur zu einer geringeren Geräuschreduzierung führt, sondern vielmehr den gegenteiligen Effekt, nämlich eine Verstärkung der Störgeräusche, erzeugt: Eine Phasenverschiebung zwischen 120° und 240° führt zu einer Geräuschreduzierung, eine Phasenverschiebung von 240° bis 360° sowie 0° bis 120° zu einer Verstärkung der Störgeräusche.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine adaptive Regelung. Dazu ist ein Zielwert-Mikrofon als Teil der Kontrolleinheit vorgesehen. Mittels des Zielwert-Mikrofons der Kontrolleinheit erfolgt eine adaptive Regelung auf einen vorgebbaren Zielwert. Der vorgebbare Zielwert kann abhängig vom Typ des Fluggeräts, von dem zu überfliegenden Gelände, von der Flughöhe oder anderen Parametern gewählt werden.
Mit dem Zielwert-Mikrofon wird detektiert, wie viele von den Störschallwellen sich trotz der Überlagerung durch die Antischallwellen noch in Richtung Erdboden ausbreiten, d. h. es wird das Ergebnis der Geräuschreduzierung gemessen. Auf der Grundlage dieser Messung erfolgt die Regelung von Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen um eine weitestgehende Geräuschreduzierung, d. h. destruktive Interferenz von Störschallwellen und Antischallwellen zu erreichen.
Dazu wird vorzugsweise die oben beschriebene Funktion f(A, α) mit einer Closed-Loop-Regelung kontinuierlich, vorzugsweise permanent, optimiert.
Durch die Anordnung des Zielwert-Mikrofons mit einem möglichst großen Abstand zu den Schallerzeugern ergibt sich der Vorteil, dass das Ergebnis der Geräuschreduzierung effizient und zuverlässig überprüft werden kann.
Die vorliegende Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Fluggerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Das erfindungsgemäße Fluggerät ist, wie an sich bekannt, als ein elektrisch angetriebenes, senkrecht startendes und landendes Fluggerät ausgebildet, bei dem eine Mehrzahl an Rotoren in einer im Wesentlichen gemeinsamen Rotorebene angeordnet ist. Dabei weist das Fluggerät zumindest ein Mikrofon auf, welches an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen der Tragstruktur des Fluggeräts angeordnet ist und ausgebildet ist, Störschallwellen zu detektieren, und zumindest einen Schallerzeuger, welcher an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen der Tragstruktur des Fluggeräts angeordnet ist und ausgebildet ist, Antischallwellen zumindest in Richtung des Erdbodens abzugeben. Weiter weist das Fluggerät zumindest eine Steuereinheit zur Steuerung des Schallerzeugers auf.
Wesentlich ist, dass die Steuereinheit als Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildet ist, und ausgebildet ist, dass auf der Grundlage von Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen eine Steuerung und/oder Regelung der Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen erfolgt, sodass die Antischallwellen eine Phasenverschiebung von ungefähr 180° und eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen zur Erzeugung destruktiver Frequenz aufweisen, wobei eine Kontrolleinheit zur Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Fluggerät weist ebenfalls die vorgenannten Vorteile der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kontrolleinheit derart ausgebildet, dass ein Abgleich der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen mit Vergleichsdaten für Amplitude und/oder der Frequenz der Störschallwellen der Rotoren erfolgt.
Wie bereits zu der Vorrichtung zur Geräuschreduzierung und dem Verfahren ausgeführt, werden die Vergleichsdaten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen vorzugsweise in Abhängigkeit von Rotordrehzahl und/oder Phasenwinkel und/oder Einbau-Winkel der Rotoren berechnet, oder alternativ in Abhängigkeit vom Typ des Fluggeräts, Motor, Rotorabmessungen und ähnlichen Parametern beispielsweise im Labor bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Fluggerät als Kontrolleinheit zumindest ein Zielwert-Mikrofon zur Zielwerterfassung für die adaptive Regelung auf. Mit diesem Zielwert-Mikrofon kann das Ergebnis der Geräuschreduzierung gemessen werden. Auf der Grundlage dieser Messung erfolgt eine adaptive Regelung derart, dass die aktive Regelung auf der Basis der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen weiter angepasst wird (Closed-Loop-Regelung).
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine kontinuierliche Überprüfung der Geräuschreduzierung und eine Anpassung bei Abweichungen möglich ist. Die Qualität der Geräuschreduzierung wird verbessert und ungewollte Verstärkungen der Geräusche durch eine fehlerhafte Steuerung können vermieden werden.
Vorzugsweise ist das zumindest eine Zielwert-Mikrofon zur Zielwerterfassung mit einem möglichst großen Abstand in Bezug auf zu reduzierende Quellen von Störschallwellen angeordnet ist, bevorzugt ist das zumindest eine Zielwert-Mikrofon an einem Landewerk des Fluggeräts angeordnet.
Durch die Anordnung des Zielwert-Mikrofons an einem Landewerk des Fluggeräts, bevorzugt an den Landekufen, ergibt sich der Vorteil, dass das Zielwert-Mikrofon in einfacher Art und Weise mit einem großen Abstand zu den Geräuschquellen angeordnet werden kann und so das Ergebnis der Geräuschreduzierung effizient und zuverlässig mit einem Mikrofon überprüft werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Fluggerät an einem Großteil der Strukturteile der Tragstruktur unterhalb der Rotorebene, vorzugsweise flächendeckend, Mikrofone und Schallerzeuger auf. Hierdurch können die Störschallwellen möglichst nahe am Entstehungspunkt durch die Mikrofone detektiert und durch die Antischallwellen der Schallerzeuger reduziert, bevorzugt ausgelöscht werden. Durch die räumliche Nähe wird die Genauigkeit erhöht, da weniger Überlagerungen von Störschallwellen von weiter entfernten Rotoren bzw. Strukturteilen vorliegen, die in ihrer Frequenz und Amplitude voneinander abweichen.
Bevorzugt sind die Mikrofone und Schallerzeuger mit einem Abstand größer oder gleich 5 cm, insbesondere bevorzugt mit einem Abstand von 20 cm angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen Mikrofone und Schallerzeuger jeweils einen Abstand zwischen benachbarten Mikrofonen bzw. zwischen jeweils benachbarten Schallerzeugern auf, welcher kleiner oder gleich ein Drittel des Rotordurchmessers des dem Mikrofon nächstliegenden Rotors, bevorzugt kleiner oder gleich ein Sechstel des Rotordurchmessers, besonders bevorzugt ungefähr ein Zwölftel des Rotordurchmessers ist. Durch diese Anordnung der Mikrofone und Schallerzeuger ergibt sich der Vorteil, dass das Frequenz- und Amplitudenprofil der Störschallwellen mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Abstand zwischen benachbarten Mikrofonen und der Abstand zwischen benachbarten Schallerzeugern unterschiedlich ist. Auch die Anzahl von Mikrofonen und Schallerzeugern kann unterschiedlich sein. Bevorzugt sind mehr Schallerzeuger als Mikrofone, insbesondere doppelt so viel Schallerzeuger wie Mikrofone vorgesehen.
Vorzugsweise ist für jeden Rotor zumindest ein Mikrofon und zumindest ein Schallerzeuger vorgesehen. Höchstvorzugsweise sind die Mikrofone und Schallerzeuger wie folgt an der Tragstruktur angeordnet: pro halbem Rotordurchmesser sind zumindest 1 Mikrofon und zumindest 3 Schallerzeuger vorgesehen, bevorzugt 3 Mikrofone und 9 Schallerzeuger, insbesondere bevorzugt 6 Mikrofone und 18 Schallerzeuger. Die Mikrofone und Schallerzeuger sind gleichmäßig links und rechts der Motor/Rotoranordnung verteilt.
Bevorzugt weist das Fluggerät eine Piloten- oder Passagierkanzel auf und Mikrofone und Schallerzeuger sind zwischen Rotorebene und Piloten- oder Passagierkanzel angeordnet. Anstelle einer Piloten- oder Passagierkanzel wären auch andere Vorrichtungen, wie z. B. eine Cargobox oder ein Werkzeug denkbar, wobei auch in einem solchen Fall die Mikrofone und Schallerzeuger zwischen einer Rotorebene und einer solchen Vorrichtung angebracht sind.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Fluggeräts werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Die Ausführungsbeispiele sowie die angegebenen Maßangaben sind lediglich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und nicht einschränkend.
Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fluggeräts,
2 eine schematische Darstellung einer möglichen Anordnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Geräuschreduzierung sowie
3 eine Detailansicht eines Rotorblatts,
4 ein schematisches Diagramm mit dem Verlauf der resultierenden Amplitude.

1 zeigt ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät 1, im Folgenden auch bezeichnet als Fluggerät oder Multikopter. Ein solches Fluggerät 1 kann beispielsweise und ohne Beschränkung ein Fluggerät der Marke Volocopter® aus dem Haus der Anmelderin sein.
Das Fluggerät weist mehrere Motor-/Rotorkombinationen 2 auf, vorliegend 18 Motor-/Rotorkombinationen 2. Zur besseren Übersichtlichkeit sind lediglich zwei Motor-/Rotorkombinationen 2a, 2b mit Bezugszeichen bezeichnet. Die Motor-/Rotorkombinationen 2a, 2b umfassen einen Rotor 2a und einen zugehörigen Elektromotor 2b. Die Rotoren 2a sind in einer gemeinsamen Rotorebene E angeordnet.
Die Motor-/Rotorkombinationen 2a, 2b sind an einer Tragstruktur 3 des Fluggeräts befestigt. Die Tragstruktur 3 ist aus mehreren Strukturteilen, beispielhaft bezeichnet 3a, aufgebaut.
An der Tragstruktur 3 ist ebenfalls eine Pilotenkanzel bzw. eine Passagierkanzel 10 angeordnet.
Bei Betrieb des Fluggeräts 1 sowohl am Boden als auch in der Luft drehen sich die Rotoren 2a. Dabei überstreichen die Rotorblätter der Rotoren 2a die Strukturteile 3a der Tragstruktur 3. Hierbei entstehen Druckunterschiede und damit Schallwellen, welche sich als Geräuschemissionen im Raum ausbreiten und insbesondere am Erdboden von Personen als störender Lärm wahrgenommen werden.
An den Strukturteilen 3a der Tragstruktur 3 sind Mikrofone 4 und Schallerzeuger 5 angeordnet, vorliegend beispielhaft dargestellt in Teilabbildung 1a.
Die Mikrofone 4 sind auf einer Oberseite 6, das heißt auf einer den Rotoren 2a zugewandten Seite der Strukturteile 3a angeordnet. Die Schallerzeuger 5 sind auf einer Unterseite 7, das heißt einer im Betrieb dem Erdboden zugewandten Seite der Strukturteile 3a angeordnet.
Die Mikrofone 4 detektieren die Störschallwellen, die beim Überstreichen der Rotorblätter 2a über die Strukturteile 3, 3a entstehen.
Die dabei entstehende Frequenz α_s und Amplitude As der Störschallwellen kann abhängig von der Motor-/Rotordrehzahl ω und dem Phasenwinkel φ berechnet werden. Die Berechnung kann anhand der folgenden Formel erfolgen: $[A s, α s] = f (ω, φ)$
As ist die Amplitude, α_s die Frequenz der Störschallwellen, ω die Motor-/Rotordrehzahl und φ die Motor-/Rotorphasenlage.
Weiter umfasst das Fluggerät 1 eine Steuer- und Regeleinheit (nicht dargestellt). Die Steuer- und Regeleinheit dient zur Steuerung der Schallerzeuger 5. Mittels der Steuereinheit können die Schallerzeuger 5 Antischallwellen mit einer einstellbaren Amplitude A_A und einer einstellbaren Frequenz α_A aussenden. $[A s, α s] = f (A s, (α a + π)$
Die Steuerung der Schallerzeuger durch die Steuereinheit erfolgt auf der Grundlage von Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons 4 detektierten Störschallwellen. Das heißt, das Mikrofon 4 detektiert die Störschallwellen. Durch die Steuereinheit erfolgt eine Auswertung im Hinblick auf Frequenz α_s und Amplitude As der Störschallwellen. Die Steuerung erfolgt dann derart, dass die Antischallwellen eine Amplitude A_A und eine Frequenz α_A mit einer Phasenverschiebung von ungefähr 180° (= Phasenverschiebung (2m+1) π) und damit eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen aufweisen. Vorliegend wird die Gegenamplitude so eingestellt, dass destruktive Interferenz entsteht, das heißt, dass die Gegenamplitude A_A das Negativ der Amplitude As der Störschallwellen ist.
Zusätzlich ist vorliegend die Steuereinheit als Kontrolleinheit ausgebildet, sodass ein Abgleich der Daten der durch die Mikrofone 4 detektierten Störschallwellen mit Vergleichsdaten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen der Rotoren 2a erfolgt. Durch diesen Abgleich können Fehler sofort entdeckt und Fehlsteuerungen vermieden werden.
Die Vergleichsdaten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen werden wie oben beschrieben in Abhängigkeit von Rotordrehzahl und/oder Phasenwinkel und/oder Einbau-Winkel der Rotoren 2a berechnet. Alternativ kann es sich um Experimentaldaten handeln, die beispielsweise im Labor bestimmt werden können oder durch Simulationen berechnet werden können.
Zusätzlich ist an der Landestruktur 8 des Fluggeräts 1 ein Zielwert-Mikrofon 9 zur Zielwerterfassung für eine adaptive Regelung vorgesehen. Dieses Zielwert-Mikrofon 9 ist ebenso Teil der Kontrolleinheit. Um einen möglichst großen Abstand zu den Quellen der Störschallwellen, den Rotoren 2a, 2b, zu erreichen, ist das Zielwert-Mikrofon 9 an den Landekufen des Fluggeräts 1 angeordnet.
2 zeigt eine Detailansicht mit einem Strukturteil 3a der Tragstruktur 3.
Auf der Oberseite des Strukturteils 3a ist ein Mikrofon 4 angeordnet. Das Mikrofon 4 ist in Richtung des Rotors 2a gewandt.
An dem Strukturteil 3 sind weiter drei Schallerzeuger 5a, 5b, 5c angeordnet. Die Schallerzeuger 5a, 5b, 5c können beispielsweise als Lautsprecher, piezoelektrische Aktuatoren oder Plasmaentlader ausgebildet sein.
Ein mittiger Schallerzeuger 5a ist an dem Strukturteil 3a mit einer Hauptabstrahlungsrichtung H_m parallel zu der Normalen N des Fluggeräts angeordnet. Der linke Schallerzeuger 5b ist mit einer Hauptabstrahlungsrichtung H_l von -45° zu der Normalen des Fluggeräts angeordnet. Der rechte Schallerzeuger ist mit einer Hauptabstrahlungsrichtung H_r von +45° zu der Normalen des Fluggeräts 1 angeordnet.
Der übliche Ruhe-Schwebezustand eines senkrecht startenden und landenden Fluggeräts 1 ist waagerecht im Raum. Bei diesem Ruhe-Schwebezustand befindet sich die durch die im Wesentlichen flächig angeordneten Rotoren 2a definierte Fläche E waagerecht im Raum, d.h. etwa parallel zum Erdboden. Die Normale N des Fluggeräts ist die Senkrechte auf die Rotorebene E im Ruhe-Schwebezustand und damit auch senkrecht zum Erdboden. Mit anderen Worten ist der mittige Schallerzeuger 5a mit einer Hauptabstrahlungsrichtung senkrecht zum Boden bei Betrieb des Fluggeräts 1 angeordnet.
Das Mikrofon 4 detektiert die Störschallwellen, die beim Überstreichen der Rotorblätter über das Strukturteil 3a entstehen. Ausgehend von den Daten der spezifischen detektierten Störschallwellen erfolgt die Steuerung und Aussendung der Antischallwellen durch die Schallerzeuger 5a, 5b, 5c wie zu 1 beschrieben.
Durch die beschriebene Anordnung der Schallerzeuger 5a, 5b, 5c wird eine weiträumige Reduzierung der am Boden ankommenden Geräuschemissionen erreicht.
3 zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Fluggeräts 1 (von unten), dargestellt ist ein Strukturteil 3a sowie ein Rotor 2a mit Rotorblatt. Die Drehung des Rotorblatts ist durch den Winkelpfeil angedeutet.
Wie bereits ausgeführt, überstreicht das Rotorblatt die Strukturteile 3a (in 3 transparent dargestellt) und erzeugt dadurch Störschallwellen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind an dem dargestellten Strukturteil flächendeckend Schallerzeuger, beispielhaft gekennzeichnet 5a, 5b, 5c, angeordnet. Die Schallerzeuger weisen einen Abstand untereinander von ca. 20 cm auf. Durch die flächendeckende Anordnung der Schallerzeuger wird der ankommende Lärm am Boden minimiert, da kleinteilig und präzise die Störschallwellen ausgelöscht werden können.
Die Mikrofone (nicht dargestellt) sind auf der oberen Seite des Strukturteils, d. h. auf der der Rotorebene zugewandten Seite des Strukturteils angeordnet. Vorliegend sind 6 Mikrofone mittig auf dem Strukturteil entlang der Längsachse des Strukturteils angeordnet.
Die Detailanordnung der Schallerzeuger 5a, 5b, 5c kann beispielsweise wie zu 2 beschrieben ausgestaltet sein. In diesem Fall sind mehrere Gruppen aus drei Schallerzeugern 5a, 5b, 5c im Abstand von vorliegend 20 cm (in Umfangsrichtung) an dem Strukturteil angeordnet.
4 zeigt ein schematisches Diagramm mit dem Verlauf der resultierenden Amplitude zweier sich überlagernder Wellen mit jeweils der Amplitude 1 in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung zwischen 0° und 360°.
Eine Phasenverschiebung zwischen 120° und 240° führt zu einer resultierenden Amplitude kleiner gleich 1, d. h. kleiner als die jeweilige einzelne Amplitude der sich überlagernden Wellen. Es kommt also zu einer destruktiven Interferenz. Bei einer Phasenverschiebung von 180° ist die resultierende Amplitude 0 und die beiden Wellen löschen sich aus.
Eine Phasenverschiebung zwischen 240° und 360° sowie 0° und 120° führt zu einer resultierenden Amplitude größer gleich 1, d. h. größer als die jeweilige einzelne Amplitude der sich überlagernden Wellen. Es kommt also zu einer konstruktiven Interferenz. Die beiden Wellen verstärken sich.
Vorliegend ist die destruktive Interferenz angestrebt, idealerweise die Phasenverschiebung von 180°, sodass sich die Störschallwellen und die Antischallwellen auslöschen.
Durch die Überprüfung durch die Kontrolleinheit kann die Genauigkeit der angestrebten Phasenverschiebung erhöht werden. Dies ist insbesondere von großer Bedeutung für die optimale Geräuschreduzierung, da eine fehlerhafte Phasenverschiebung nicht nur zu einer geringeren Geräuschreduzierung führt, sondern vielmehr den gegenteiligen Effekt, nämlich eine Verstärkung der Störgeräusche, erzeugt: Eine Phasenverschiebung zwischen 120 ° und 240 ° führt zu einer Geräuschreduzierung, eine Phasenverschiebung von 240° bis 360° sowie 0° bis 120 ° zu einer Verstärkung der Störgeräusche.
Bezugszeichenliste

1: Fluggerät
2: Motor-/Rotorkombinationen
2a: Rotor
2b: Eletromotor
E: Rotorebene
3: Tragstruktur
3a: Strukturteil
4: Mikrofon
5: Schallerzeuger
5a: Schallerzeuger
5b: Schallerzeuger
5c: Schallerzeuger
6: Oberseite
7: Unterseite
8: Landestruktur
9: Zielwert-Mikrofon
10: Passagierkanzel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012202698 A1 [0003]
WO 2016/029469 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Geräuschreduzierung für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät (1) mit einer Mehrzahl an Rotoren (2a), welche an einer Tragstruktur (3) des Fluggerätes (1) angeordnet sind, umfassend zumindest ein Mikrofon (4), welches an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen (3a) der Tragstruktur (3) des Fluggeräts (1) angeordnet ist und im Wesentlichen in Richtung der Rotoren (2a) gewandt ist und ausgebildet ist, Störschallwellen zu detektieren, zumindest einen Schallerzeuger, welcher an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen (3a) der Tragstruktur (3) des Fluggeräts (1) angeordnet ist und ausgebildet ist, Antischallwellen zumindest in Richtung des Erdbodens abzugeben, zumindest eine Steuereinheit zur Steuerung des Schallerzeugers derart, dass die Antischallwellen eine einstellbare Amplitude A und eine einstellbare Frequenz α aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit als Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildet ist, und ausgebildet ist, dass auf der Grundlage von Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons detektierten Störschallwellen eine Steuerung und/oder Regelung der Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen erfolgt, sodass die Antischallwellen eine Phasenverschiebung von ungefähr 180° und eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen zur Erzeugung destruktiver Frequenz aufweisen, wobei eine Kontrolleinheit zur Prüfung der Steuerung und/oder Regelung vorgesehen ist
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit ausgebildet ist, dass ein Abgleich der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons (4) detektierten Störschallwellen mit Vergleichsdaten für Amplitude und/oder der Frequenz der Störschallwellen der Rotoren (2a) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Kontrolleinheit zumindest ein Zielwert-Mikrofon (9) zur Zielwerterfassung für eine adaptive Regelung aufweist, vorzugsweise dass das zumindest eine Zielwert-Mikrofon (9) zur Zielwerterfassung mit einem möglichst großen Abstand in Bezug auf zu reduzierende Quellen von Störschallwellen angeordnet ist, vorzugsweise dass das zumindest eine Zielwert-Mikrofon (9) an einem Landewerk des Fluggeräts (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsdaten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen in Abhängigkeit von Rotordrehzahl und/oder Phasenwinkel und/oder Einbau-Winkel der Rotoren berechnet werden.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen des zumindest einen Schallerzeugers einen Abstrahlbereich von beiderseitig zumindest 45 ° zu der Normalen des Fluggeräts aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl an Schallerzeugern (5), bevorzugt eine Mehrzahl an Gruppen von drei Schallerzeugern aufweist (5a, 5b, 5c), insbesondere bevorzugt, dass die Gruppen von drei Schallerzeugern (5a, 5b, 5c) derart angeordnet sind, dass ein mittiger Schallerzeuger (5) an dem Strukturteil (3a) eine Hauptabstrahlrichtung parallel zu der Normalen des Fluggeräts (1) aufweist und ein linker Schallerzeuger (5) eine Hauptabstrahlrichtung von -45° zu der Normalen des Fluggeräts aufweist und ein rechter Schallerzeuger (5) eine Hauptabstrahlrichtung von 45° zu der Normalen des Fluggeräts (1) aufweist.
Verfahren zur Geräuschreduzierung für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät (1) mit einer Mehrzahl an Rotoren (2a), welche an einer Tragstruktur des Fluggerätes (1) angeordnet sind, mit folgenden Verfahrensschritten A Messen der Frequenz und Amplitude der durch die Rotoren (2a) erzeugten Störschallwellen durch zumindest ein Mikrofon (4), welches im Wesentlichen in Richtung der Rotoren (2a) gewandt ist, B Aussenden von Antischallwellen durch einen Schallerzeuger zumindest in Richtung des Erdbodens, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B auf der Grundlage von Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons (4) detektierten Störschallwelle eine Steuerung und/oder Regelung der Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen erfolgt, sodass die Antischallwellen eine Phasenverschiebung von ungefähr 180° und eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen zur Erzeugung destruktiver Frequenz aufweisen, wobei mittels einer Kontrolleinheit eine Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung durch die Kontrolleinheit anhand eines Abgleichs der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons (4) detektierten Störschallwellen mit Vergleichsdaten für Amplitude und/oder der Frequenz der Störschallwellen der Rotoren (2a) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine adaptive Regelung erfolgt, vorzugsweise, dass mittels eines Zielwert-Mikrofons (9) der Kontrolleinheit, eine adaptive Regelung auf einen Zielwert erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen in Abhängigkeit von Rotordrehzahl und/oder Phasenwinkel und/oder Einbau-Winkel der Rotoren berechnet werden, vorzugsweise dass die Berechnung der Werte für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen auf der Basis von Experimentaldaten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Überprüfung durch die Kontrolleinheit die Steuer- und/oder Regeleinheit die Aussendung von Antischallwellen abschaltet, vorzugsweise dass die Steuer- und/oder Regeleinheit die Aussendung von Antischallwellen abschaltet, wenn das Ergebnis der Überprüfung durch die Kontrolleinheit eine Verstärkung einer resultierenden Amplitude durch die Überlagerung von Störschallwellen und Antischallwellen ergibt, höchstvorzugsweise durch eine Phasenverschiebung zwischen 240° und 360° oder 0° und 120° zwischen Störschallwellen und Antischallwellen und/oder einer Amplitudenverstärkung.
Fluggerät (1) in Form eines elektrisch angetriebenen, senkrecht startenden und landenden Fluggeräts, bei dem eine Mehrzahl an Rotoren (2a) in einer im wesentlichen gemeinsamen Rotorebene (E) angeordnet sind, wobei das Fluggerät (1) zumindest ein Mikrofon (4) aufweist, welches an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen (3a) der Tragstruktur (3) des Fluggeräts (1) angeordnet ist und ausgebildet ist, Störschallwellen zu detektieren, und zumindest einen Schallerzeuger aufweist, welcher an oder in einem geringen Abstand zu einem oder mehreren Strukturteilen (3a) der Tragstruktur (3) des Fluggeräts (1) angeordnet ist und ausgebildet ist, Antischallwellen zumindest in Richtung des Erdbodens abzugeben, zumindest eine Steuereinheit zur Steuerung des Schallerzeugers aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit als Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildet ist, und ausgebildet ist, dass auf der Grundlage von Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons (4) detektierten Störschallwellen eine Steuerung und/oder Regelung der Amplitude und/oder der Frequenz der Antischallwellen erfolgt, sodass die Antischallwellen eine Phasenverschiebung von ungefähr 180° und eine Gegenamplitude in Bezug auf die Störschallwellen zur Erzeugung destruktiver Frequenz aufweisen, wobei eine Kontrolleinheit zur Überprüfung der Steuerung und/oder Regelung vorgesehen ist.
Fluggerät (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit ausgebildet ist, dass ein Abgleich der Daten der mittels des zumindest einen Mikrofons (4) detektierten Störschallwellen mit Vergleichsdaten für Amplitude und/oder der Frequenz der Störschallwellen der Rotoren (2a) erfolgt.
Fluggerät (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (1) als Kontrolleinheit zumindest ein Zielwert-Mikrofon (9) zur Zielwerterfassung für die adaptive Regelung aufweist, vorzugsweise dass das zumindest eine Zielwert-Mikrofon (9) zur Zielwerterfassung mit einem möglichst großen Abstand in Bezug auf zu reduzierende Quellen von Störschallwellen angeordnet ist, vorzugsweise dass das zumindest eine Zielwert-Mikrofon (9) an einem Landewerk des Fluggeräts (1) angeordnet ist.
Fluggerät (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsdaten für Amplitude und/oder Frequenz der Störschallwellen in Abhängigkeit von Rotordrehzahl und/oder Phasenwinkel und/oder Einbau-Winkel der Rotoren (2a) berechnet werden.
Fluggerät (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (1) an einem Großteil der Strukturteile (3a) der Tragstruktur (3) unterhalb der Rotorebene (E), vorzugsweise flächendeckend, bevorzugt mit einem Abstand größer oder gleich 5 cm, insbesondere bevorzugt mit einem Abstand von 20 cm bis 100 cm, Mikrofone (4) und Schallerzeuger angeordnet sind.
Fluggerät (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen jeweils benachbarten Mikrofonen (4) und/oder zwischen jeweils benachbarten Schallerzeugern in Umfangsrichtung des Strukturteils (3a) kleiner oder gleich ein Drittel des Rotordurchmessers des dem Mikrofon (4) nächstliegenden Rotors (2a), bevorzugt kleiner oder gleich ein Sechstel des Rotordurchmessers, besonders bevorzugt ungefähr ein Zwölftel des Rotordurchmessers ist.
Fluggerät (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (1) eine Piloten- oder Passagierkanzel (10) aufweist und Mikrofone (4) und Schallerzeuger zwischen Rotorebene (E) und Piloten- oder Passagierkanzel (10) angeordnet sind.